盾构整机快速平移过站施工技术

2021-03-03刘小刚刘卫东刘志彪王业红

施工技术(中英文) 2021年1期

关键词：电瓶车基座钢轨

刘小刚，刘卫东，刘志彪，王业红

(1.中建八局轨道交通建设有限公司，北京 100048； 2.宁夏宝丰养老产业有限公司，宁夏银川 750000；3.中国建设基础设施有限公司，北京 100044)

0 引言

盾构法施工建设地铁隧道具有安全、高效、成型质量稳定等特点，被广泛应用在城市轨道交通建设中。盾构机完成上一隧道施工后往往需要过站进行二次始发掘进下一隧道。

目前，业内较前沿的技术是盾构机整机过站，可大幅度提高盾构过站效率，保证施工的连续性并降低施工风险。对于盾构整机过站，盾构轮式过站和盾构机整体滚轮轨道过站两种技术需针对不同车站、盾构机定制滚轮，成本较高，不适用于多次过站施工。

依托北京市轨道交通16号线13合同段盾构过站实例，系统总结了采用插销式反力支座及多孔式钢轨组成的推进系统、钢管架设后配套轨道的支撑系统及多方式盾构轨迹控向系统，形成了一套完整的盾构整机快速平移过站施工工法和关键施工技术，电瓶车组轨道的铺设与盾构机的维修保养在过站过程中同步进行，提高了盾构过站的效率和安全性，可进行多次过站施工，具有很强的实用性。

1 工程概况

北京市轨道交通16号线13合同段万寿寺站位于北京市西三环北路以北的西三环北路主路下方，南北向设置，车站全长210m，标准段结构宽度为21.2m，单线扩大段宽度7 900mm，标准段宽度6 650mm，车站东、西扩大端头底板比标准段底板低1.1m，如图1所示。盾构机在万寿寺站南端接收，期间整机平移过万寿寺站，继续掘进下一区间。

图1 车站标准断面

2 盾构整机平移过站系统

盾构整机平移过站过程中，采用多孔式钢轨作为盾构主机与接收基座整体的行驶轨道，盾尾采用插销式反力支座作为外置液压千斤顶的反力板，液压千斤顶通过插销式反力支座提供支撑顶推盾构主机与接收基座整体在多孔式钢轨上滑行，同时盾尾后采用钢管支撑架设轨道使后配套设备在与盾构主机未分离的状态下整机快速平移过站，过站全过程采用多方式盾构轨迹控向系统精确把控盾构机在站内的平移轨迹，保障盾构过站安全高效完成，如图2所示。

图2 整机平移过站整体示意

2.1 推进系统

推进系统由多孔式钢轨及采用钢插销安装在多孔式钢轨上表面的插销式反力支座组成(见图3)，多孔式钢轨亦采用钢插销进行销连延伸拼接。盾构机平移过站过程中将盾体及接收基座整体置于推进系统上方，在接收基座后部焊接液压千斤顶受力板，并将液压千斤顶安装在插销式反力支座与受力钢板组成的容置空间内，液压千斤顶以插销式反力支座为反力板推进盾构主机在多孔式钢轨上滑行。

图3 推进系统(盾尾视角)

2.2 后配套支撑系统

后配套支撑系统采用外径620mm，壁厚12mm钢管架设后配套设备轨道及电瓶车组轨道(见图4)，电瓶车组轨道钢管支撑高度逐渐降低，直至电瓶车组轨道铺设于车站底板。钢管支撑外侧架设后配套轨道，内侧架设电瓶车组轨道，支撑纵向中心间距1 500mm，内侧支撑与外侧支撑交错布置，采用φ15钢筋横纵方向分别将相邻钢管连接。钢管顶部切割凹槽，嵌固后配套轨道及电瓶车组轨道轨枕，轨枕上方架设电瓶车组轨道。

图4 后配套设备支撑系统

2.3 多方式盾构轨迹控向系统

多方式盾构轨迹控向系统包含模拟(CAD轨迹模拟)、控制(多孔式钢轨纵向位移控制，限位板横向位移控制)、调整(千斤顶行程差控制)、监测(定点仪器监测、盾构机姿态监测)等四大项共六部分构成(见图5)，实时保障盾构整机安全、有序、高效完成。

图5 多方式盾构轨迹控向系统

3 过站方案介绍

3.1 过站流程

接收端洞门破除后，在盾构井内铺设多孔式钢轨，安装定位接收基座，待盾体爬上接收基座后利用拼接标准环管片提供推力使盾体及接收基座在多孔式钢轨上表面滑行至盾构井立面边缘。利用千斤顶顶升盾体调整接收基座下方多孔式钢轨与标准段底板位于同一水平面，同步安装多方式盾构轨迹控向系统、盾尾后安装后配套支撑系统。待接收基座底部多孔式钢轨高度调整完成后安装推进系统，进行整机过站施工，过程中卸下插销式反力支座后部多孔式钢轨、拆除第6节台车后部后配套支撑系统并向前继续铺接安装，循环使用。过程中同步进行电瓶车组轨道铺接、盾构机维修保养工作，整机到达始发端时进行盾构机姿态微调整、安装反力架，为始发掘进作准备。施工工艺流程如图6所示。

图6 施工工艺流程

3.2 施工准备

3.2.1材料、设备准备

主要施工材料需求如表1所示，主要机械设备如表2所示。

表1 材料需求

表2 主要机械设备

3.2.2站内工作准备

1)施工前详细编写施工专项方案，为正式施工做好指导性技术文件。

2)对所有施工作业人员分批进行培训，确保其适合岗位要求。其中焊工、电工、操作手等特殊工种实行持证上岗，做好施工安全、技术交底。

3)接收基座底部焊接衬板，可相对于多孔式钢轨滑移。衬板中心线与接收基座上轨面轨道中心线相重合，衬板宽400mm，厚5mm，且衬板分别伸出接收基座前后部各10cm，如图7所示。

图7 衬板安装

4)盾构接收前凿除预留洞口处围护结构，安装洞口止水密封装置。

5)站内底板若有积水可以保留，方便焊接、切割材料时能够迅速降温冷却，有效保证作业人员安全。待施工完毕后进行抽排，利用渣土车运出。

6)车站底板钢筋尽可能打弯，清理站内淤积物，为盾构接收做准备。

3.3 接收基座安装定位

依据接收基座衬板位置，在接收端盾构井处铺设2道平行布置的多孔式钢轨，使接收基座安置于其上表面时衬板与多孔式钢轨中心线重合。多孔式钢轨及接收基座位置需经测量严格复核，确保安装精度。多孔式钢轨长4m，高15cm，表面宽20cm，钢轨两侧中部有多个插销孔，通过钢插销销接延伸。

在接收基座两侧各设置3道工字钢支撑，防止盾构接收时接收基座左右移动。在接收基座前部，将支撑一端接于接收基座前部立面，另一端抵在底板边缘立面，完成接收基座的前部支撑加固，防止盾构接收时接收基座前后移动。

3.4 盾体接收，平移至盾构井立面

接收基座上轨面涂抹润滑脂，利用拼接两环标准环管片提供推力推进盾体爬上接收基座。推进时注意洞门边缘是否有漏浆发生，如果有则做好防护措施并及时调整盾构姿态。当盾体完全爬上接收基座后停止推进，拆除接收基座全部加固工字钢支撑，多孔式钢轨上表面涂抹润滑脂，将盾体与接收基座点焊连接为一体。

再次利用拼接两环标准环管片提供推力推进接收基座在多孔式钢轨上表面滑行至盾构井立面边缘，之后拆除标准环利用电瓶车组从隧道运出。

3.5 多孔式钢轨高度调整、钢管支撑架设

3.5.1多孔式钢轨高度调整

由于盾构接收井底板与车站标准段底板存在高度差，因此需要将盾构井处多孔式钢轨下表面调整到与标准段底板位于同一水平面上，具体方法如下。

1)确定盾体重心，根据重心的位置确定千斤顶安放的位置。

2)在盾体两侧各焊接3处顶升支座，根据重心分布在前盾、中盾、中盾靠后的位置；在顶升支座正下方设置千斤顶垫块，6处100t千斤顶同步进行抬升。

3)操纵千斤顶抬升盾体至设计高度，在接收基座底部布置2道平行设置的φ500钢管支撑，使多孔式钢轨架设在其上时下表面高度与标准段底板位于同一水平面。钢管支撑纵向布置间隔500mm，多孔式钢轨上表面涂抹润滑脂，千斤顶卸压，使接收基座底部衬板与多孔式钢轨接触。

4)多孔式钢轨高度调整完成后，移除盾体左右两侧千斤顶(顶升支座保留)。

5)在接收基座后部焊接两处受力钢板，作为后部千斤顶顶推的受力板。

盾体抬升时需随时做好盾体姿态监测，若有倾斜立即停止抬升并作出相应调整。

3.5.2钢管支撑架设

从盾构到达端隧道向外开始布置钢管支撑，架设后配套轨道及电瓶车组轨道。在钢管支撑上表面切割凹口，将轨道嵌进凹口中起固定作用，电瓶车组轨道钢管支撑切割凹口后横向架设轨枕，之后在轨枕上部架设轨道。电瓶车组轨道钢管支撑高度随着整机站内平移进程缓慢降低，直至电瓶车组轨道铺设于站内底板。

3.5.3推进系统安装完善

继续在站内底板向前延伸拼接多孔式钢轨，并在接收基座后部伸出多孔式钢轨上利用钢插销安装插销式反力支座，将千斤顶(100t)安装在插销式反力支座与受力钢板形成的容置空间内，如图8所示。

图8 插销式反力支座安装

3.6 盾构整机平移过车站标准段

1)千斤顶顶推接收基座滑行、后配套设备跟随前进

确保各项安全措施到位后操纵千斤顶顶推接收基座在多孔式钢轨上表面滑行，带动盾构整机在站内平移，后配套设备跟随盾构主机在钢管支撑架设轨道上部平移。整机平移过站全过程对盾体姿态、过站路线、钢管支撑状态等进行专人动态监测，确保施工安全高效。推进系统如图9所示。

图9 推进系统(俯视)

2)盾尾多孔式钢轨拆除、后配套尾部钢管支撑及轨道拆除

千斤顶完全伸出后卸压，拆除插销式反力支座向盾尾后安装，再次加装千斤顶顶推接收基座在多孔式钢轨上表面滑行，过程中将插销式反力支座后部多余多孔式钢轨卸下向盾体前方递送，继续在站内底板铺接延伸，循环使用。同时，过站过程中将最后一节台车后部后配套轨道及钢管支撑卸下并继续向后配套设备前递送安装，循环使用。

3.7 多方式盾构轨迹控向系统

为了确保盾构整机能够顺利过站，采用多种措施对盾构整机站内前进方向进行精确把控，始终贯穿过站的整个过程。

1)CAD轨迹模拟盾构整机过站前通过对车站及盾构机相关数据的整理与分析，利用CAD软件模拟盾构机站内过站轨迹并提前预判可能出现的问题。

2)多孔式钢轨纵向轨迹控制接收基座底部衬板始终与多孔式钢轨上表面相接触，盾构机及接收基座整体沿着多孔式钢轨延伸的方向平移。

3)限位板横向位移控制限位板固定于盾构接收基座前部并位于多孔式钢轨两侧(见图10)，限位板之间形成一段衬板横向位移的限位区间，该限位区间最小距离满足盾构接收基座的最大允许偏差量，即确保盾构接收基座底部的衬板在宽度方向上发生偏移时，始终与多孔式钢轨接触而不会从多孔式钢轨上滑脱下来。衬板的一端探出盾构接收基座前部一定距离h。

图10 限位板安装

限位板采用矩形钢板，限位板的厚度应满足受力要求，限位板通过点焊固定于盾构接收基座的前端，盾构接收基座正常状态及偏移距离为L时的状态如图11所示。

图11 限位板使用原理

4)盾构机姿态监测在刀盘前方设置角度度量器及线锤，通过角度度量器及线锤的角度变化分别监测盾体实时水平状态及俯仰状态，随时做出调整。角度度量器初始状态为0°，若盾体发生左右方向的倾斜偏移，则角度度量器所示角度随之发生改变；线锤初始状态与刀盘垂直方向平行，若盾体发生前后方向的倾斜偏移，则线锤与刀盘垂直方向不再平行。

5)千斤顶行程差控制顶推过程中通过控制千斤顶左右行程差来控制、调整盾构机方向。

6)定点仪器监测通过定点测量来随时对过站轨迹做出调整。

当盾构整机平移到达始发端扩大段处时，增加轨迹控向系统的使用频次，进行盾构机中轴线校对，确保在到达始发端洞门时位置精确。

3.8 电瓶车组轨道铺设、盾构机维修保养

在盾构整机过站过程中电瓶车组轨道与后配套轨道同步铺设，电瓶车组轨道钢管支撑高度随着整机在站内的推进缓慢降低，直至电瓶车组轨道铺设于站内底板。整机过站全过程进行盾构机的维修保养工作，到达始发端后进行空载调试。

3.9 始发端姿态调整

盾构整机到达始发端盾构接收井边缘时利用钢管支撑架高盾构井处多孔式钢轨至车站底板标高，接收基座继续在多孔式钢轨上滑行使盾体到达始发端洞门。对盾体做左右方向姿态调整后，在顶升支座下部加装千斤顶抬升接收基座移，移除多孔式钢轨及下部钢管支撑，千斤顶卸压使接收基座到达盾构井底板，割除顶升支座、分离接收基座与盾体、安装反力架，为始发掘进做准备。